첨가제로 삼중효과···'재활용' 난연 복합소재 전기차 적용 앞당긴다

[이데일리 강민구 기자] 한국화학연구원 연구진이 불에 강하면서도 재활용이 가능한 난연 복합소재를 개발하고, 전기차 등 차세대 모빌리티에 활용할 가능성을 제시했다.

화학연은 김진철·정지은·진영재 박사 연구팀이 저가의 저분자량 폴리올레핀 첨가제를 추가해 복합소재의 가공성과 난연성, 재활용성을 동시에 확보할 수 있는 ‘자기강화 복합소재’ 제조 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

한국화학연구원 정밀화학연구센터 연구팀.(왼쪽부터)배형은 선임연구원, 정해민 선임연구원, 진영재 선임연구원, 연구책임자 김진철 책임연구원, 정효철 책임연구원, 정지은 선임연구원, 박영일 책임연구원(사진=한국화학연구원)

그동안 자동차 부품, 전자제품 회로기판, 콘센트 등 불에 잘 타지 않아야 하는 제품에는 ‘열경화성’ 복합소재인 섬유강화 복합소재를 주로 썼다. 형태가 영구히 고정되는 성질 덕분에 화재와 같은 고온 환경에서도 형태를 유지하고, 안전하기 때문이다.

반대로 한 번 굳으면 아무리 열을 가해도 녹지 않아 매립하거나 고온에서 소각해야 한다. 최근 탄소중립 기조에 ‘재활용 불가능한 소재’에 대한 규제와 대체가 불가피해 재성형이 가능하면서 난연 성능, 공정성을 확보한 복합소재 개발이 시급하다.

연구팀은 열을 가하면 재가공이 가능한 고밀도 폴리에틸렌 재질의 섬유와 필름을 겹겹이 쌓아 만든 ‘자기강화 복합소재’를 개발했다.

연구팀은 저가의 저분자량 폴리올레핀 첨가제를 중간제 필름에 소량을 넣었다. 이를 통해 소재를 부드럽게 만들어 필름과 섬유가 빈틈없이 잘 접착되고, 난연제 입자가 뭉치지 않고 고르게 퍼지도록 섞이도록 했다. 또 재활용 시에는 세척 한 번으로 첨가제가 제거되도록 설계해 세가지 기능을 구현하게 했다.

그 결과, 첨가제를 넣으면 필름과 섬유 사이의 접착력이 기존 소재 대비 약 40% 향상되는 것으로 나타났다. 기계적 물성도 저하되지 않고 미국 안전규격 기관(UL)이 정한 최고 난연 등급인 ‘V-0 등급’을 확보했다.

기존 상용 첨가제가 들어간 소재는 재활용 시 첨가제가 40% 이상 남아 물성이 크게 떨어지지만, 연구팀 개발 첨가제는 90% 이상 제거돼 색상과 강도 등이 모두 새 플라스틱 수준의 고순도 재생 원료를 얻을 수 있다.

연구팀은 향후 산업 적용을 위한 추가 난연 시험과 반복 재활용 시에도 난연제가 누적되지 않는 후속 연구를 진행할 계획이다. 아울러 수요기업과 물성 평가와 실증연구를 위한 협력을 통해 차세대 모빌리티 구조용 복합소재 실용화를 앞당긴다는 방침이다.

김진철 화학연 책임연구원은 “저렴한 첨가제 하나로 난연 복합소재의 난제였던 가공성과 재활용성을 동시에 풀어낸 결과”라며 “전기차와 도심항공모빌리티 등 차세대 모빌리티 부품의 경량화와 자원순환에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘컴포지트 파트 비(Composites Part B)’에 지난 3월 게재됐다.